أتمتة وضع قفل في اللاخطية الاستقطاب دوران الألياف الليزر من خلال قياسات الاستقطاب الناتج
Summary
A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.
Abstract
عندما ليزر غير الساحلية واسطة، وتنبعث منه قطار من النبضات القصيرة جدا في معدل تكرار يحددها طول تجويف الليزر. توضح هذه المقالة إجراءات جديدة وغير مكلفة لإجبار وضع قفل في الاستقطاب غير الخطية الألياف دوران الليزر تعديل مسبقا. ويستند هذا الإجراء على الكشف عن التغيير المفاجئ في ولاية الاستقطاب الانتاج عندما يحدث وضع قفل. يستخدم هذا التغيير لقيادة محاذاة تحكم الاستقطاب داخل تجويف من أجل إيجاد الظروف طريقة تأمين. وبشكل أكثر تحديدا، فإن قيمة المعلمة ستوكس الأولى تختلف عند اجتاحت زاوية وحدة تحكم الاستقطاب وعلاوة على ذلك، فإنه يخضع لاختلاف مفاجئ عندما يدخل الليزر الدولة غير الساحلية واسطة. مراقبة هذا الاختلاف المفاجئ يوفر عملية سهلة كشف عن إشارة التي يمكن استخدامها لقيادة محاذاة تحكم الاستقطاب ودفع الليزر نحو وضع قفل. ويتحقق هذا الرصد عن طريق تغذية جزء صغيرللإشارة إلى محلل الاستقطاب قياس المعلمة ستوكس الأولى. سوف يحدث التغيير المفاجئ في قراءة للخروج من هذه المعلمة من محلل عندما يدخل الليزر الدولة غير الساحلية واسطة. في هذه اللحظة، وزاوية المطلوبة من وحدة تحكم الاستقطاب يتم الاحتفاظ ثابتة. اكتمال المحاذاة. يوفر هذا الإجراء وسيلة بديلة لإجراءات التشغيل الآلي الموجودة التي تستخدم معدات مثل محلل الطيف الضوئي، وهو محلل طيف الترددات الراديوية، والثنائي الضوئي متصلة الالكترونية نبض مكافحة أو نظام كشف غير الخطية بناء على امتصاص ثنائي الفوتون أو الجيل الثاني التوافقي. انها مناسبة لوضع الليزر مؤمن من قبل دوران الاستقطاب غير الخطية. فمن السهل نسبيا لتنفيذ ذلك، فإنه يتطلب وسائل غير مكلفة، خاصة عند طول موجي 1550 نانومتر، وأنه يقلل من تكاليف الإنتاج والتشغيل تكبدها بالمقارنة مع التقنيات المذكورة أعلاه.
Introduction
والغرض من هذه المقالة هو عرض إجراء محاذاة الآلي للحصول على وضع قفل (ML) في الاستقطاب غير الخطية ليزر الألياف التناوب. ويستند هذا الإجراء على خطوتين الأساسية: الكشف عن نظام ML عن طريق قياس الاستقطاب في إشارة الناتج من الليزر ومن ثم الضبط لنظام مراقبة بداية الذاتي للوصول الى ML.
أصبحت ألياف الليزر أداة هامة في مجال البصريات في الوقت الحاضر. وهي تشكل مصدرا كفاءة متماسك ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة وأنها تمتد الآن إلى الجزء منتصف الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. على منخفضة التكلفة وسهولة الاستخدام جعلتها بديلا جذابا لمصادر أخرى للضوء متماسك مثل ليزر الحالة الصلبة. يمكن ليزر الألياف أيضا توفير نبضات فائقة القصر (100 fsec أو أقل) عند إدخال آلية ML في تجويف الألياف. هناك العديد من الطرق لتصميم هذه الآلية ML مثل المرايا حلقة غير الخطية وامتصاص تشبع. واحدة من هذه، وتستخدم على نطاق واسع وأو بساطته، تقوم على تناوب الاستقطاب غير الخطية (NPR) للإشارة 1،2. ويستخدم حقيقة أن القطع الناقص استقطاب إشارة يخضع ليتناسب دوران لشدته كما تنتشر في الألياف من تجويف الليزر. عن طريق إدراج المستقطب في التجويف، وهذا NPR يؤدي إلى خسائر التي تعتمد على كثافة خلال ذهاب وإياب للإشارة.
ويمكن ليزر ثم يضطر الى ML عن طريق التحكم في حالة الاستقطاب. على نحو فعال، وستخضع الأجزاء عالية الطاقة للإشارة إلى انخفاض خسائر (الشكل 1) وهذا سيؤدي في نهاية المطاف إلى تشكيل البقول القصر من الضوء عندما يتم تشغيل الليزر ويبدأ من إشارة صاخبة الطاقة المنخفضة. ومع ذلك، فإن العيب في هذه الطريقة هو أن تحكم دولة الاستقطاب (PSC) يجب أن تكون محاذاة بشكل صحيح للحصول على ML. عادة، يجد عامل وML يدويا من خلال تغيير موقف مجلس السلم والأمن وتحليل إشارة الناتج من الليزر مع ع السريعhotodiode، محلل الطيف الضوئي أو غير الخطية البصرية لصناعة السيارات في خاسسرح. حالما يتم الكشف عن الانبعاثات من البقول، يتوقف المشغل متفاوتة موقف مجلس السلم والأمن منذ ليزر ML. الحصول الواضح الليزر لبداية الذاتي يؤدي تلقائيا إلى تحقيق مكاسب مهمة في الكفاءة. هذا ينطبق بشكل خاص عندما الليزر يخضع للاضطرابات تغيير المحاذاة أو تكوين تجويف منذ المشغل لديه للذهاب من خلال إجراء محاذاة مرارا وتكرارا. في العقد الماضي، تم اقتراح أساليب مختلفة لتحقيق هذه الأتمتة. Hellwig وآخرون. 3 استخدام العصارات بيزو كهربائي للسيطرة على الاستقطاب في توليفة مع تحليل كامل للدولة استقطاب الإشارة مع كل من الألياف تقسيم من بين السعة الإستقطاب للكشف ML. Radnarotov وآخرون. 4 استخدام شركات الأمن الخاصة لوحة الكريستال السائل مع التحليل القائم على طيف الترددات اللاسلكية للكشف عن ML. شين وآخرون. 5 تستخدم العصارات بيزو كهربائيللسيطرة على الاستقطاب والضوئي / عالية السرعة نظام مكافحة للكشف ML. وفي الآونة الأخيرة، تم تقديم إستراتيجية تعتمد على خوارزمية التطورية التي يتم توفيرها للكشف من قبل الضوئي النطاق الترددي العالي في تركيبة مع intensimetric autocorrelator من الدرجة الثانية ومحلل الطيف الضوئي. ثم يتم تنفيذ التحكم مع اثنين من شركات الأمن الخاصة مدفوعة إلكترونيا داخل تجويف 6.
توضح هذه المقالة طريقة مبتكرة للكشف عن حركة التحرير وتطبيقه على تقنية الأتمتة إجبار الليزر الألياف إلى ML. ويتحقق كشف ML الليزر عن طريق تحليل كيف تختلف من دولة الانتاج الاستقطاب للإشارة كما اجتاحت زاوية من مجلس السلم والأمن. كما سيتم عرض، ويرتبط التحول إلى ML مع تغير مفاجئ في حالة الاستقطاب التي يمكن اكتشافها عن طريق قياس واحد من المعلمات ستوكس للإشارة الإخراج. حقيقة أن النبض هو أكثر كثافة من إشارة CW وسيخضع إكسب NPR أكثر أهميةlains هذا التغيير. منذ الناتج من الليزر يقع مباشرة قبل المستقطب في تجويف، الدولة استقطاب نبضة في هذا الموقع تختلف من دولة استقطاب إشارة CW (الشكل 2) وسيتم استخدامها لتمييز الدولة ML. وعرضت الجوانب النظرية لهذا الإجراء، وأول تنفيذه تجريبيا في أوليفر وآخرون. 7. في هذه المقالة، سوف يكون التركيز على الجوانب الفنية لهذا الإجراء، حدوده ومزاياه.
هذه التقنية بسيطة نسبيا لتنفيذ ولا تتطلب أجهزة قياس متطورة للكشف عن حالة ML وأتمتة محاذاة الليزر للحصول على ML. مطلوب PSC تعديل خارجيا من خلال واجهة برمجة. ويمكن استخدام شركات الأمن الخاصة المختلفة من حيث المبدأ: العصارات بيزو كهربائي، الكريستال السائل، لوحات موجة استدارة بواسطة محرك، بلورات مغناطيسي البصري أو بمحركات س جميع الألياف PSC مقرهان الضغط والتواء الألياف 8. في هذه المقالة، يتم استخدام هذا الأخير، وجميع الألياف بمحركات ياو من نوع PSC. للكشف عن حالة الاستقطاب والإستقطاب التجاري مكلفة يمكن استخدامها. ومع ذلك، منذ مطلوب فقط قيمة المعلمة ستوكس الأولى، الخائن شعاع الاستقطاب في تركيبة مع اثنين من ثنائيات ضوئية ستكون كافية كما هو موضح في هذه المقالة.
كل هذه المكونات هي غير مكلفة لتستخدم على نطاق واسع ليزر الألياف مخدر الإربيوم. حلقة التغذية الراجعة بناء على هذا الإجراء يمكن أن تجد ML في بضع دقائق. هذه المرة استجابة مناسبة لمعظم تطبيقات الليزر الألياف وغير قابلة للمقارنة لغيرها من التقنيات الحالية. في الواقع، هو زمن الاستجابة محدودة من قبل الأجهزة الإلكترونية المستخدمة لتحليل استقطاب الإشارة. وأخيرا، على الرغم من أن يتم تطبيق الإجراء هنا لsimilariton 9 مخدر الإربيوم ألياف الليزر، فإنه يمكن استخدامها في أي ليزر الألياف NPR مقرها في أقرب وقت المعدات المذكورة أعلاه أو يعادلها لهاتي تصبح متوفرة في الطول الموجي للاهتمام.
Protocol
Representative Results
Discussion
فقد تبين أنه من الممكن لأتمتة ML من NPR ألياف الليزر الدائري باستخدام حلقة ردود الفعل على أساس القياسات الناتج الاستقطاب. لتحقيق هذه المهمة لا بد من إدراج PSC قابل للتعديل في تجويف. مقرنة الناتج من تجويف يجب أن يكون موجودا قبل المستقطب من أجل أن نرى فرقا بين الدولة استقطا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أشكر المسيحي اوليفييه وفيليب كريتيان للمساعدة قيمة بشأن الالكترونيات، إريك جيرارد في جيجا مفهوم شركة للحصول على الدعم مع وحدة تحكم الاستقطاب الآلية، أستاذ حقيقية فاليه للحصول على القرض من الإستقطاب التجاري والأستاذ ميشيل Piché للعديد من المناقشات المثمرة .
وأيد هذا العمل من قبل فون للبحوث كيبيك – تقنيات الطبيعة و(FRQNT)، والعلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا (NSERC) وظائف الصيف كندا.
Materials
| Bare-Fiber adaptor | Bullet | NGB-14 | |
| Drop-in polarization controller | General Photonics Corp. | Polarite PLC-006 | Manual polarization controller. |
| DSP In-line polarimeter | General Photonics Corp. | POD-101D PolaDetect | Polarimeter with USB/serial computer connectivity. |
| Fiber Cleaver | Fitel | S323 | |
| FiberPort | Thorlabs Inc. | PAF-X-2-C | |
| Fixed Fiber-to-Fiber Coupler Bench | Thorlabs Inc. | FBC-1550-APC | Any optical bench could be used. A 3-way bench would even be better. |
| Fusion Splicer | Fujikura | FSM-40PM | |
| High resolution all fiber polarization controller | Giga Concept Inc. | GIG-2201-1300 | All-fiber motorized polarization controller with USB computer connectivity. |
| InGaAs PIN PD module | Optoway | PD-1310 | Pigtailed photodiode. |
| Instrument communication interface | National Instruments | NI MAX | It comes packaged with National Instruments drivers (NI-VISA, NI-DAQmx, etc.) |
| Operational amplifier | Texas Instruments | TLO81ACP | |
| Optical Powermeter | Newport | 818-IS-1 with 1835-C | |
| Optical spectrum analyzer | Anritsu | MS9710C | |
| Oscilloscope | Tektronix | TDS2022 | Oscilloscope with GPIB computer connectivity. |
| Polarizing beamsplitter module | Thorlabs Inc. | PSCLB-VL-1550 | |
| Polyimide Film Tape | 3M | 5413 | Tape to fix the components on the table without damaging the fibers. |
| Graphical programming language interface (GPLI) | National Instruments | LabVIEW | Interface to program in G Programming Language and communicate with laboratory instruments. |
| Polarimeter controlling software | General Photonics Corp. | PolaView | Comes with the polarimeter General Photonics POD-101D. |
References
- Hofer, M., Fermann, M. E., Haberl, F., Ober, M. H., Schmidt, A. J. Mode locking with cross-phase and selfphase modulation. Opt. Lett. 16 (7), 502-504 (1991).
- Haus, H. A., Ippen, E. P., Tamura, K. Additive-pulse modelocking in fiber lasers. IEEE J. Quantum Electron. 30 (1), 200-208 (1994).
- Hellwig, T., Walbaum, T., Groß, P., Fallnich, C. Automated characterization and alignment of passively mode-locked fiber lasers based on nonlinear polarization rotation. Appl. Phys. B. 101 (3), 565-570 (2010).
- Radnatarov, D., Khripunov, S., Kobtsev, S., Ivanenko, A., Kukarin, S. Automatic electronic-controlled mode locking self-start in fibre lasers with non-linear polarization evolution. Opt. Express. 21 (18), 20626-20631 (2013).
- Shen, X., Li, W., Yan, M., Zeng, H. Electronic control of nonlinear-polarization-rotation mode locking in Yb-doped fiber lasers. Opt. Lett. 37 (16), 3426-3428 (2012).
- Andral, U., Si Fodil, R., Amrani, F., Billard, F., Hertz, E., Grelu, P. Fiber laser mode locked through an evolutionary algorithm. Optica. 2 (4), 275-278 (2015).
- Olivier, M., Gagnon, M. D., Piché, M. Automated mode locking in nonlinear polarization rotation fiber lasers by detection of a discontinuous jump in the polarization state. Opt. Express. 23 (5), 6738-6746 (2015).
- Ulrich, R., Simon, A. Polarization optics of twisted single-mode fibers. Appl. Opt. 18 (13), 2241-2251 (1979).
- Chong, A., Logan, L. R., Wise, F. Ultrafast fiber lasers based on self-similar pulse evolution: a review of current progress. Rep. Prog. Phys. 78 (11), 113901 (2015).
- Komarov, A., Leblond, H., Sanchez, F. Theoretical analysis of the operating regime of a passively-mode-locked fiber laser through nonlinear polarization rotation. Phys. Rev. A. 72, 063811 (2005).
- Kobtsev, S., Smirnov, S., Kukarin, S., Turitsyn, S. Mode-locked fiber lasers with significant variability of generation regimes. Optical Fiber Technology. 20 (6), 615-620 (2014).
- Kobtsev, S., Kukarin, S., Smirnov, S., Turitsyn, S., Latkin, A. Generation of double-scale femto/pico-second optical lumps in mode-locked fiber lasers. Opt. Express. 17 (23), 20707-20713 (2009).
- Churkin, D. V., Sugavanam, S., Tarasov, N., Khorev, S., Smirnov, S. V., Kobtsev, S. M., Turitsyn, S. K. Stochasticity periodicity and localized light structures in partially mode-locked fibre lasers. Nat. Commun. 6, 7004 (2015).
- Duling, I. N., Chen, C. J., Wai, P. K. A., Menyuk, C. R. Operation of a nonlinear loop mirror in a laser cavity. IEEE J. Quantum Electron. 30 (1), 194-199 (1994).
- Krempzek, K., Grzegorz, S., Kaczmarek, P., Abramski, K. M. A sub-100 fs stretched-pulse 205 MHz repetition rate passively mode-locked Er doped all-fiber laser. Laser Phys. Lett. 10, 105103 (2013).
- Shtyrina, O., Fedoruk, M., Turitsyn, S., Herda, R., Okhotnikov, O. Evolution and stability of pulse regimes in SESAM-mode-locked femtosecond fiber lasers. J. Opt. Soc. Am. B. 26 (2), 346-352 (2009).
